“DNA重组技术中的剪切与拼接”模拟活动的教学组织

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一、问题的提出

人教版《生物》选修3专题一《基因工程》中围绕限制酶的相关知识非常少，但所能延伸的知识非常多，而且这一内容是非常抽象的，学生难以想象。以往在进行这种类型内容的教学时，通常是教师通过PPT将相关内容进行“孜孜不倦”的讲解，学生一听就懂，然而残酷的现实是一遇到问题就错。其实关键点在于学生所“得”到的是我们教师强加给他的，甚至是“死”的知识，遗忘或不会运用就显得再正常不过了。有时教师也会设计模拟活动，学生动手剪接，但这种模拟活动仅仅是将教材内容进行简单重演――提供一段DN段和限制酶，所有学生用的限制酶都是相同的。这样的活动不能从根本上对限制酶的知识进行延伸与拓展，例如不同的限制酶切割dna后可能得到相同碱基序列的DN段等，其模拟活动仅仅是让学生感受一下限制酶是如何对DN段进行切割的。

二、课题背景

基因工程属于生物科技前沿的内容，这一专题的教学需要把握两个重要原则――基础性和渐进性。如果违背了这两个原则，学生就会产生“危乎高哉”的想法，望而却步。因此，在学习限制酶与DNA连接酶时，首先，可与必修课本中有关DNA结构的知识紧密联系，有了DNA结构的基础知识，才能较好地理解这两种酶的功能。

另外，模拟制作是学生较为感兴趣的活动，要紧密联系学生已有的生活阅历和经验，避免纸上谈兵，创设富含科学内涵的活动情境，使学生能够在真实的动手过程中较好地理解限制酶和DNA连接酶的剪切拼接要领。

笔者在教学中采用了模拟制作DNA重组模型以及和课件相结合的教学手段，最大限度地发挥学生在课堂中的参与度、合作意识和创新精神，取得了很好的教学效果。

三、活动过程

分组：6组，每组6人。

材料用具：

打印有碱基序列的DN段纸条（6种不同的颜色，相同的DNA序列，每张纸条反面分别编号1―6），剪刀。

组织活动：

活动1

当学生明确磷酸二酯键的位置以及限制酶的特点之后，展示图1（在设计限制酶种类时，充分考虑识别序列和切割位点的多样性，有相同的，也有不同的），学生讨论得出：限制酶识别特定的碱基序列；不同的限制酶可能识别相同的序列，切割位点可能相同，可能不同，等等。

指导学生阅读教材中图示：切割DNA分子时产生的两种不同末端。如果此时就让学生动手模拟限制酶的切割，很容易出现一刀切（所有片段都被切割为平末端）的现象。为了帮助学生更好地理解限制酶的切割位点，利用投影再次展示切割位点、过程及结果，强调限制酶识别特定序列，切割特定部位的磷酸二酯键。

活动2

每个学生拿到一张打印有相同碱基序列的DN段纸条，如图2所示（在设计碱基序列时充分考虑图1中的6种酶都能找到对应的识别序列，其中某种酶设计为2个识别序列），按照所给的特定的限制酶对其切割：以剪刀代替限制酶；活动以小组为单位进行，每个小组由6名学生组成，投影打出6种不同的限制酶（如图1所示）；每名学生按照纸条反面的编号指定其中一种限制酶，小组内同学选择的酶不能重复。

提问：你切割后得到了怎样的末端？注意与你小组内的同学进行比较，你们得到的末端形态、碱基序列相同吗？可以借助教材完善你的答案。

在活动过程中，友情提醒学生找到相应的识别序列后先用笔在剪切位点上做记号。当然仍有少数学生出现了失误，但是在剪切过程中或是与组内同学进行比较时，便能及时发现。此时笔者提醒学生如有失误举手示意，并再次发放对应的DN段纸条，把原先剪切错误的纸条收回，以免混淆。

生1（展示小组所得到的末端）：我们小组里得到的有的是粘性末端，有的是平末端。

生2：我们切割后得到的末端，尽管各自用的不同限制酶，但有的粘性末端的碱基序列是相同的，有的不同。

活动3

笔者肯定了学生的答案，并再次引导学生思考：你们手中的DN段切割后是否可以还原到原来的状态？你们所得到的DN段之间是否可以相互连接？如果能够连接，前提条件是什么？利用投影展示DNA分子的连接过程及结果，指出切割下来的DN段拼接成新的DNA分子，是靠DNA连接酶来完成的，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。

此时在小组内已有若干剪切下来的DN段，有的是粘性末端，有的是平末端，有的末端碱基序列相同，有的不同。在此之前，因为组内每个成员的纸条颜色都不同，所以对于剪切下来的DN段，学生能够准确辨认出对应的限制酶。通过组内合作交流，体会DNA拼接的结果及条件。

生3：切割后可以还原到原来的状态。同时，我的这个DN段可以与A同学的DN段进行连接，但与B同学的DN段不能进行连接。

生4：能否连接的依据是两个DN段的粘性末端所暴露出来的碱基序列是否可以配对，平末端则无此要求。

此时笔者在加以肯定的同时再次发问：你们所得到的情况都是如此吗？

生5：我觉得还有一种情况，就是原来的DN段切割后还可以自我连接成环。因为我手里的这个DN段存在两个所给同一种限制酶（⑥MboⅠ）的酶切位点，我把它们切割后得到的片段也可以首尾相连（见下图），因为首尾存在相同的粘性末端。

对原来看似很抽象的DNA自我环化，学生在实际动手中形成了正确的认识，教学难点得到了很好的解决，模拟活动由此得到了升华。

笔者课前围绕“限制酶”这一重要概念，联系相关知识（主干知识：限制酶具有特异性识别碱基序列并且在特定位点对DNA进行切割。延伸知识：不同限制酶可以识别相同碱基序列但酶切位点不同、不同限制酶酶切后得到的DNA末端碱基序列也可以不同，等等）对教材进行重新演绎，精心预设了六种不同的限制酶与一段相同的DN段，通过学生动手剪、拼这些看似简单的教学活动来激活学生所学知识；同时以小组为单位，通过小组内部同学之间不同结果的比较，有效拓展了知识。学生们通过亲手操作（模拟过程）与比较，较为真切地感知了限制酶的特点，并且在活动中不断尝试不断发现，真正实现了理解性学习。

注：本课例为第三届“苏派名师”教学思想研讨活动青年教师展示课。

（作者单位：江苏省梁丰高级中学）